Estudio de imágenes infrarrojas de termografía NEC

Información básica sobre NEC:

El mejor pronóstico requiere el reconocimiento y tratamiento tempranos de NEC. La perforación o el deterioro continuo pueden requerir una intervención quirúrgica. La mortalidad ha mejorado en los últimos años, pero sigue siendo del 15 al 30 % para la NEC no quirúrgica y hasta del 50 % para la NEC quirúrgica. Los sobrevivientes pueden sufrir complicaciones significativas, incluido el daño a largo plazo de la función intestinal.

El diagnóstico inicial se basa en el examen clínico y el diagnóstico por imágenes, generalmente con radiografías abdominales +/- ecografía. Los criterios de estadificación de Bell incorporan hallazgos clínicos, de laboratorio y radiográficos, y se utilizan para distinguir la NEC presunta de la NEC definitiva. El estadio 2 de Bell denota NEC comprobada e implica la presencia de neumatosis intestinal y/o gas en la vena porta en la radiografía.

La principal dificultad al diagnosticar NEC es que las etapas tempranas o sospechadas de NEC se presentan clínica y radiográficamente de manera similar a la intolerancia alimentaria benigna que se observa con la prematuridad. Las radiografías abdominales implican la exposición del paciente a la radiación ionizante y las imágenes de ultrasonido son perjudiciales para el paciente, requieren tiempo para realizarse y requieren operadores capacitados que tienen una disponibilidad limitada. Estas modalidades solo mostrarán cambios no específicos en las primeras etapas de NEC. Los hallazgos tardíos son más perspicaces, sin embargo, cuando estos hallazgos son evidentes, a menudo se pasa por alto el marco de tiempo óptimo para iniciar el tratamiento.

Información general sobre la termografía médica:

La imagen médica infrarroja (IR) es una combinación de tecnología médica, tecnología de cámara infrarroja y tecnología multimedia informática. Los dispositivos de imágenes infrarrojas registran los campos térmicos humanos. El cuerpo humano es una fuente de calor biológica natural y una cámara termográfica infrarroja convierte la onda de luz infrarroja lejana radiada por el cuerpo humano en una señal eléctrica que luego se convierte en una cantidad digital mediante conversión analógica/digital. Las señales son procesadas por la tecnología de procesamiento de imágenes multimedia en un mapa de calor en color, que muestra el campo de temperatura del cuerpo. Un cuerpo sano y normal tiene un mapa de calor característico, mientras que un cuerpo anormal exhibe desviaciones de este mapa de calor. Por lo tanto, al comparar las similitudes y diferencias entre los dos, en combinación con el diagnóstico clínico, los médicos e investigadores pueden inferir la naturaleza y el alcance de una enfermedad.

Los investigadores investigaron varios métodos de evaluación computarizada de imágenes térmicas obtenidas de bebés prematuros con ECN definitiva en comparación con bebés normales sin síntomas de intolerancia alimentaria. Los investigadores demostraron que el poder de discriminación de los datos de evolución de la temperatura de la superficie entre los bebés de control sanos y los que fueron diagnosticados con NEC era prometedor, con una tasa de clasificación bastante alta y un esquema de clasificación lineal simple. Además, nuestros resultados sugirieron una tasa más lenta de disminución de la temperatura de la piel abdominal en los bebés con NEC, lo que podría explicarse por la presencia de intestino inflamado. Arroz et al. también usó termografía médica para ayudar a detectar NEC en recién nacidos admitidos en la UCIN. Al comparar la distribución de la temperatura sobre los segmentos abdominales con los del tórax, pudieron determinar las diferencias entre los bebés normales y los diagnosticados con NEC.

Información general sobre el sensor médico Kinect de Microsoft:

El sensor Kinect es una cámara de color y profundidad segura, de grado de consumidor y ampliamente utilizada comercializada comercialmente para su uso en juegos de computadora. Mide la luz infrarroja cercana reflejada en el cuerpo para formar un mapa superficial del entorno. El sensor RGB-D Kinect se ha aplicado recientemente al cuidado de la salud en una variedad de aplicaciones en las que ha demostrado ser efectivo, incluido el campo de la rehabilitación médica, donde los sensores Kinect se utilizan para el entrenamiento activo y la rehabilitación de pacientes, de forma segura y automatizada. administración de radioterapia, para el análisis del movimiento de la pared torácica en pacientes con fibrosis quística, para el análisis de las características faciales del control de la postura en pacientes de rehabilitación, en pacientes de la UCI para mediciones automatizadas de movilidad e incluso para el control automatizado de la apnea en bebés y niños.

En este estudio, la función del sensor RGB-D Kinect consistirá esencialmente en admitir la segmentación automatizada y la recuperación de datos de distribución térmica del generador de imágenes IR FLIR coubicado y calibrado. Gracias a los mapas de color y profundidad que estarán disponibles, se aprovecharán las técnicas clásicas y robustas de procesamiento de imágenes para identificar las regiones de interés (el cuerpo del bebé y eventualmente el abdomen). Este tipo de segmentación precisa no se puede realizar de manera confiable únicamente a partir de imágenes IR, ya que está bien establecido que las técnicas de procesamiento de imágenes y visión por computadora no están bien adaptadas para imágenes IR. Ya se han realizado las primeras pruebas de laboratorio para determinar que el funcionamiento del sensor RGB-D en un campo de visión superpuesto con el del generador de imágenes IR no influye en los datos recopilados en el mapa de calor. Por lo tanto, la operación combinada es segura y proporcionará una distribución térmica precisa como si la cámara de infrarrojos estuviera funcionando sola. El objetivo final es combinar los puntos fuertes de tres tecnologías de imagen para mejorar el diagnóstico médico.

Justificación del estudio:

Los estudios anteriores que investigaron la termografía y diagnosticaron NEC solo usaron una cámara infrarroja para adquirir imágenes. Aunque los investigadores pudieron derivar distribuciones térmicas para bebés de varios GA, nuestro estudio anterior no adoptó un protocolo estricto para colocar el sensor IR en una configuración óptima, lo que generó más variaciones en la calidad de la imagen y el tamaño de la región de interés. Estas limitaciones dificultaron la automatización de la selección de regiones de interés precisas dentro de la imagen térmica y requirieron la intervención manual de un experto en procesamiento de imágenes. En nuestro estudio actual, se mejorará y estandarizará el proceso de adquisición de imágenes; un sensor Microsoft Kinect que utiliza visión térmica, de color y de profundidad activa se integrará en una cámara termográfica para permitir la selección automática de regiones de interés y facilitará el uso por parte del personal médico junto a la cama del paciente. Se desarrollarán algoritmos de procesamiento de imágenes incorporados para explotar la naturaleza multiespectral de la información recopilada con el fin de segmentar y despejar automáticamente la región de interés sobre la cual se monitorearán las distribuciones térmicas de relevancia.

El desarrollo inicial de este sistema, que incluye la integración y el ensamblaje del aparato, los rigurosos procedimientos de calibración de la cámara entre los sensores RGB-D e IR, y las pruebas completas se realizarán en un entorno de laboratorio, utilizando solo modelos simulados del entorno clínico. Luego, para validar completamente la aplicación de este sistema de procesamiento de imágenes infrarrojo automatizado para el diagnóstico temprano de NEC, se necesita la adquisición de imágenes relevantes de sujetos humanos. El estudio se llevará a cabo en el entorno de la UCIN para validar aún más el protocolo de imagen no invasivo y automatizado recientemente desarrollado en bebés de varios tamaños y EG en la UCIN, ya que la NEC puede ocurrir en bebés que van desde bebés extremadamente prematuros hasta nacidos a término. Dado que los investigadores esperan utilizar esta tecnología algún día para ayudar a mejorar el diagnóstico de NEC, el procedimiento de imagen experimental se realizará en dos poblaciones de pacientes. Los investigadores primero obtendrán imágenes del abdomen de un grupo de recién nacidos sanos con el aparato y el protocolo de procesamiento de imágenes recientemente desarrollados para establecer una distribución térmica estándar. Luego, los investigadores también tomarán imágenes del abdomen de un grupo de recién nacidos con NEC comprobada, utilizando el mismo equipo. A partir del análisis de las imágenes de estas dos poblaciones, los investigadores determinarán la idoneidad y el ajuste necesario de las herramientas de imágenes infrarrojas automatizadas propuestas, con el objetivo de aumentar la precisión, la facilidad de uso y la confiabilidad del procedimiento para el diagnóstico temprano de NEC.

Objetivos:

1. Desarrollar un enfoque automatizado para la obtención de imágenes y el análisis del abdomen de los bebés prematuros utilizando sensores termográficos y algoritmos de procesamiento de imágenes incorporados.
2. Obtenga distribuciones termográficas de temperatura del abdomen de dos grupos de bebés: aquellos que son normales (sin signos de intolerancia alimentaria o signos de ECN) y aquellos que han sido diagnosticados con ECN comprobada.
3. Determine si los algoritmos de procesamiento de imágenes automatizados pueden discernir una diferencia estadísticamente significativa entre las distribuciones térmicas normales y las derivadas de bebés con NEC.